[发明专利]板式变摩擦阻尼器

说明书

技术领域

本发明涉及一种板式变摩擦阻尼器，主要用于结构和设备的抗风、抗震领域。也可与隔震装置、TMD等联合使用改善其控制效果。

背景技术

为了减轻结构和设备的风振、地震响应，可以在结构和设备上布置耗能减振装置耗散能量，达到减小结构响应的目的。自20世纪70年代初Kelly等人提出耗能减振概念以来的30多年里，人们开发出了大量的耗能减振装置。按其耗能机理不同可以分为四类：粘弹性阻尼器、粘滞阻尼器、金属阻尼器和摩擦阻尼器。其中粘滞阻尼器提供线性阻尼，方便工程设计和计算，但造价昂贵，维护困难，并且容易漏油；摩擦阻尼器结构简单，造价低廉，容易维护，一般摩擦阻尼器构造如图1、2所示，主要由上下钢板1、中间钢板2、预紧螺栓3和垫片4组成，在中间钢板2上开有长形孔5；上下钢板1和中间钢板2上均开有安装孔6。预紧螺栓压紧上下钢板和中间钢板，提供摩擦面的正压力，中间钢板相对于上下钢板滑动。这种常摩擦阻尼器在运动过程中正压力和摩擦面系数都不会改变，其滞回模型类似矩形，存在一个临界值(起滑力)，当荷载超过该值以后，装置开始滑动，滑动时其刚度变为0，摩擦力大小不变。显然，对于这种滞回模型，选择一个合适的起滑力至关重要，如果起滑力过小，耗能装置的作用微乎其微，而如果起滑力过大，装置滑动历程太小，不能发挥耗能作用，而且导致较大的结构内力。另外，在确定的起滑力下，摩擦装置的减振效果将随地震强度的增加而减弱，如果根据较低设计强度确定起滑力，当经历远超设计强度的地震时，耗能装置将不会获得较好的减振效果。而如果根据高设计强度确定起滑力，当经历小震时，耗能装置不能启动，没有任何作用。也就是说常摩擦阻尼器装置在不同的外荷载大小下，控制效果是不一样的。为了克服常摩擦阻尼器的这个缺点，李宏男等发明了半主动压电摩擦阻尼器(CN 1594775A)，通过改变正压力大小改变摩擦力，但装置复杂，需要一定的能源，实现起来有一定难度。

发明内容

为了克服常摩擦阻尼器只能提供不变的摩擦力的缺点，本发明利用摩擦面摩擦系数的变化，实现了摩擦力与阻尼器位移成正比，使摩擦阻尼器也能提供线性摩擦阻尼。

本发明的基本思路是：滑动摩擦板滑动过程中正压力大小不变，将矩形的摩擦面等分为3份，中间摩擦面摩擦系数小，两边摩擦面摩擦系数大。摩擦块静止时，位于摩擦面的中间部分，滑动板开始滑动时，滑动板摩擦面与摩擦系数大的两边摩擦面接触面积随位移增大线性增大，摩擦力随之增大。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。板式变摩擦阻尼器，包括有上、下两块盖板7、用于连接上下盖板7的预紧螺栓3、设在在上下盖板7之间的滑动板8和碟形弹簧10，滑动板8能够相对于盖板7滑动；所述盖板7的矩形摩擦面等分成三份，盖板中间摩擦面11与滑动板摩擦面22之间摩擦系数比盖板两边摩擦面12与滑动板摩擦面22之间摩擦系数小。所述的滑动板8和盖板7的接触面积大于或等于中间摩擦面11的面积。

所述的盖板中间摩擦面11与滑动板摩擦面22之间摩擦系数是盖板两边摩擦面12与滑动板摩擦面22之间摩擦系数的百分之一到五十分之一。

在盖板7的上下表面、沿盖板宽度方向的两个预紧螺栓3的螺母之间设置有垫条13，并在盖板7的下表面的垫条13和预紧螺栓3的螺母之间设置碟形弹簧10。

所述的盖板7中间摩擦面11的位置处设置有滚轴14，所有滚轴顶端与两边摩擦面12在同一平面。

所述的盖板7中间摩擦面11为镀有特氟龙涂层的摩擦面。

本发明的工作原理为：如果滑动板8与盖板7的接触面积与中间摩擦面11面积相同，当阻尼器位移为零时，滑动板只与盖板摩擦系数很小的中间摩擦面接触，摩擦力接近零，此时只要稍微有点外力，阻尼器就可以启动；阻尼器启动滑动板与两边摩擦面接触面积随位移增大而增大，摩擦力逐渐增大，到滑动板完全与两边摩擦面接触时，摩擦力达到最大。如果滑动板8与盖板7的接触面积比中间摩擦面11面积大，阻尼器位移为零时，滑动板将有部分面积与盖板7两边摩擦力接触，有一定的初始摩擦力，滑动板8与盖板7接触面积比中间摩擦面面积大的越多，初始摩擦力越大。

本发明的优越性：

1、本发明利用摩擦面摩擦系数的变化实现了用摩擦的方式提供线性阻尼。

2、本发明安装在结构上后对结构不会产生附加刚度，不会影响结构本身的自振特性。

3、本发明原理明了，结构简单，取材容易，造价低廉。

4、本发明的“板式变摩擦阻尼器”可以做得很大，也可以做得很小，不仅适用于大型建筑，也适用于小型建筑和设备的减振。